锌改性纳米hzsm-5催化剂芳构化性能研究

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1、锌改性纳米HZSM-5催化剂芳构化性能研究李玲（石油化工学院化学工程与工艺0101班）摘要：由于锌改性的Nano-HZSM－5沸石分子筛活性、选择性和稳定性好，在轻烃芳构化技术中倍受关注。本课题考察了锌含量、反应温度对Zn/Nano-HZSM-5沸石分子筛催化剂性能的影响，应用于催化裂化汽油馏分降烯烃芳构化反应。在反应温度430℃，压力0.3Mpa，液时空速1h-1的反应条件下进行的催化裂化汽油中间馏分（75－120℃）的芳构化反应中，考察了Zn含量对催化剂性能的影响。实验结果表明，当锌含量为2％时，改性催化剂芳构

2、化活性及芳烃收率最好。在进料空速为1h-1，反应压力为0.3MPa的条件下，考察了反应温度对Zn/Nano-HZSM-5催化剂反应性能的影响，实验结果表明最佳反应温度为430℃。此时原料中烯烃转化率为71.73%，液相产品中芳烃含量为20.584％。关键词：Zn/Nano-HZSM-5催化剂芳构化烯烃转化率芳烃含量1前言生产和使用清洁燃料是保护人类生存环境的需要，也是可持续发展战略的需要。为了满足汽油国家标准和世界标准[1-2]，研究开发芳构化新催化技术，将汽油中不饱和烯烃转化为异构烷烃和芳烃，一方面降低了烯烃含量

3、，大幅度提高汽油安定性，同时又确保了汽油辛烷值不降低，使产品的性质和产品的分布得到较大的改善，从而提高我国汽油质量[3]。锌改性纳米HZSM-5催化剂在FCC汽油降烯烃过程中主要发生芳构化、异构化和芳烃烷基化反应[4-5]。因为改性纳米HZSM-5有较突出的芳构化反应活性和稳定性,所以降烯烃后的汽油辛烷值能得到较好的保持。同时,由于纳米沸石的“宽松”的反应和扩散环境有利于烷基化反应,因此裂解产生的小分子烯烃能部分得到回收,有利于提高液收。从已有的研究看,纳米HZSM-5沸石有可能成为一种理想的生产清洁汽油的催化剂母

4、体。2实验部分2.1实验原料本实验所用的原料取自抚顺石油二厂催化裂化汽油75～120℃馏分，其族组成数据见表1。表1原料的族组成族组成烯烃烷烃芳烃苯异构烷烃含量%43.15750.375.4910.70533.1872.2Zn改性的纳米HZSM-5沸石分子筛催化剂的制备本实验采用等体积浸渍法制备锌改性钠米HZSM-5催化剂。等体积浸渍过程如下：取一定量的Zn（NO3）2·6H2o配成溶液，加入到钠米HZSM-5中搅拌，浸渍4小时，干燥12小时，焙烧。程序升温至550℃，恒温焙烧10小时，冷却，干燥，压片，筛分，取2

5、0—40目备用。这样制得的催化剂命名如下：Znx其中x指ZnO在催化剂中的质量百分数。2.3实验方法实验在80ml固定床试验装置上进行。反应器中从下到上依次装入20ml石英沙，20ml催化剂，37ml石英沙，然后安装好装置。在原料罐中装入适量的原料，通入氮气，检查装置气密性（在各连接处涂上肥皂水，若无气泡产生，说明装置不漏气；反之漏气，需重新安装）。调节压力为指定压力，继而加热升温，当温度升到指定温度时打开泵及阀门，调节空速。原料油在反应压力下以稳定的流速通过反应器催化剂床层，待反应产物分离后收集液相产品。取出的样

6、经冷却后用1002型气相色谱仪分析，再根据光谱图计算产品中各种烃类的浓度。3结果讨论3.1锌含量对Zn/Nano-HZSM-5催化剂芳构化性能的影响在反应温度430℃，反应压力0.3MPa，液时空速1h-1的反应条件下，原料油在不同锌含量改性的Nano-HZSM-5催化剂上进行反应。反应结果如图1和图2所示。图4.1不同锌含量Zn/Nano-HZSM-5催图4.2不同锌含量Zn/Nano-HZSM-5催化剂上烯烃转化率对比化剂上芳烃收率对比由图1和图2可以看出：在Zn/Nano-HZSM-5催化剂中，随着反应时间的

7、增长，烯烃转化率和芳烃收率都呈逐渐减小的趋势。其中，当Zn%=2%时，原料中的烯烃转化率和芳烃收率最大，这表明此时催化剂的活性、选择性最好。这主要是由于在锌改性的纳米HZSM-5沸石上存在着B酸中心和L酸中心，L酸在烃分子芳构化反应中起芳构化活性中心作用，B酸起裂解和齐聚的活性中心，整个芳构化反应是两种中心作用的综合结果。随着催化剂上锌含量的增加，L酸增加,B酸减少，L酸增至最大值，B酸降至最低值，这一点在锌含量为2%时出现。锌含量再增加，不但不能增加L酸，反而会覆盖一部分L酸,使B酸和L酸比例发生改变，芳构化反应

8、能力下降。氧化锌含量为2%时，B酸和L酸比例较好地平衡了脱氢、环化、聚合、裂解等作用，致使催化剂具有较好的芳构化活性和芳烃选择性，且降烯烃能力最强，稳定性也较好。3.2温度对Zn/Nano-HZSM-5催化剂芳构化性能的影响在锌含量为2%，液时空速（LHSV）1.0h-1，反应压力0.3MPa的条件下，考察了反应温度对Zn/Nano-HZSM-5催化剂芳构化